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OMM CENTRE AGRlIYMlIT DENlAMEY ORSTOM LABORATOIRE D'HYDROLOGIE DE MONTPELLIER T

OMM CENTRE AGRlIYMlIT DENlAMEY ORSTOM LABORATOIRE D'HYDROLOGIE DE MONTPELLIER TECHNIQUES HYDROMETRIQUES NON CONVENTIONNELLES POSITIONNEMENT DU BATEAU BATHYMETRIE MESURAGE DU DEBIT PAR LES METHODES: - DU BATEAU NON ANCRE, - DU BATEAU MOBILE, • ULTRASONIQUE I<..'T ELECTROMAGNETIQUE Le rio Solim6es à MANACAPURU Février 1990 OMM CENTRE AGRHYMEr DE NIAMEY ORSTOM lABORATOIRE D'HYDROLOGIE DE MONI'PELLIER TECHNIQUES HYDROMETRIQUES NON CONVENTIONNELLES POsmONNEMENT DU BATEAU BATHYMETRIE MESURAGE DU DEBIT PAR LES METHODES : • DU BATEAU NON ANCRE, • DU BATEAU MOBILE, • ULTRASONIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE Février 1990 Cours donné au Centre AGRHYMEr de NIAMEY par Gilbert JACCON Responsable du Laboratoire d'Hydrologie de l'ORSfOM Expert de l'Organisation Météorologique Mondiale Centre ORSTOM de MONTPELLIER - Laboratoire d'HYDROLOGIE 2051, avenue du Val de Montferrand· B.P. 5045 - 34032 MONTPELLIER Cedex Téléphone: 67 61 75 44 Télex: ORST MPL 485 507 F Télécopie: 67 54 78 00 Introduction SOMMAIRE page 2 Chapitre 1: Mesurage des distances horizontales 4 Chapitre 2: Mesurage des profondeurs 17 Chapitre 3: Levé bathymétrique 26 Chapitre 4: Evaluation de la vitesse moyenne - Méthode des ultra-sons et méthode 37 électromagnétique Chapitre 5: Jaugeage par la méthode dite des RGrands Fleuves" 48 Chapitre 6: Jaugeage par la méthode du bateau mobile 55 ANNEXES Fiche technique 1 : Fiche technique 2 : Fiche technique 3 : Fiche tèchnique 4 : Fiche .technique 5 : Longueur et angle d'une base Positionnement d'un bateau avec deux théodolites Positionnement d'un bateau avec un sextant Méthode des "Grands Fleuves" Calcul du débit par la méthode de la section moyenne TECHNIQUES HYDROMEI'RIQUES NON CONVENTIONNELLES / 2 INTRODUCTION Le débit liquide Q d'un cours d'eau, volume d'eau qui s'écoule en une seconde dans une section transversale, est le produit : - de la section mouillée S, produit de la profondeur moyenne hm par la largeur superficielle 1; - de la vitesse moyenne d'écoulement U, intégrale sur toute la section mouillée des vitesses des par- ticules d'eau. Les unites utiliséesle plus couramment sont: . - le mètre cube par seconde (m3/s) pour le débit, que l'on exprime avec TROIS chiffres significatifs étant donné qu'il n'est jamais mesuré avec un précision supérieure à 3%; - le mètre (m) pour les distances horizontales et verticales, pour lesquelles la précision maximale espérée est de 1%; - le m~tre par seconde (m/s) pour la vitesse moyenne d'écoulement, que l'on exprimera avec 2 chiffres après la virgule (précision du cm/s), même si on prend toujours trois chiffres décimaux pour les calculs intermédiaires. . La mesure d'un débit comprend donc le mesurage de chacun de ces trois termes, avec la meilleure précision poSSlble pour chacun d'eux. L'hydrométrie, ensemble des techniques utilisées pour le mesurage des différents paramètres qui caractérisent l'écoulement des fleuves et rivières, propose pour y parvenir différentes méthodes, dont certaines sont très utilisées et d'autres sont l'apanage de quelques spécialistes. Par exemple, plus de 90% des jaugeages effectués en Afrique sont faits par la méthode de l'exploration du champ des vitesses avec un moulinet hydrométrique, les distances à la berge étant mesurées avec un cable tendu d'une rive à l'autre. Peu importe que cette méthode comporte un grand nombre de variantes, suivant que l'on utilise une perche ou un saumon suspendu pour les profondeurs, que l'on travaille dans un bateau ou avec un transporteur aérien pour les distances à la rive ou que l'on procède par intégration ou par mesure ponctuelle de la vitesse. fi faut sortir du domaine de cette méthode, classique pour tous les hydrométristes, lorsque la géométrie du bief hydrométrique - tronçon du cours d'eau où se situent la' section de l'échelle limnimétriques et la (ou les) sections de jaugeage(s) - est telle qu'elle n'est plus applicable: - soit parce que la largeur ne permet pas de tendre un câble d'une rive à l'autre (l supérieure à 300m); on parle alors de "grand fleuve"; - soit parce que la profondeur et/ou la vitesse du courant sont telles que les sondages avec un sau- mon sont difficiles et trop imprécis; - soit parce que la pente du lit et par suite la vitesse moyenne d'écoulement sont trop faibles (U inférieure à 10 cm/s) : l'utilisation d'un moulinet hydrométrique est alors très déconseillée; - soit parce que les conditions de navigation (vitesses, matériaux flottants) sont dangereuses et em- pêchent tout ancrage d'un bateau; - soit enfin parce que plusieurs des conditions limitatives précédentes se trouvent réunies, ce qui est un cas assez fréquent dans les grands fleuves. TECHNIQUES HYDROMEI'lUQUES NON CONVENnONNBLLES /3 Différentes techniques permettent de faire face à ces conditions particulières. Celles qui sont présentées dans ce cours ne sont ni nouvelles, ni occasionnelles. Elles sont au contraire assez largement utilisées dans certaines régions où les techniques classiques sont insuffisantes. Ce document comprend les chapitres suivants : 1- MEsuRAGE DElS DISfANCES HORIZONTALES 2- MEsURAGE DElS PROFONDEURS 3- LEvE BATHYMEI'RIQUE 4- EvALUATION DE LA VITESSE MOYENNE - MEIlIODE DElS ULTRA-SONS ET MEIlIODE ELECI'OMAGNETIQUE 5- JAUGFAGE PAR LA METHODE DITE DElS "GRANDS FLEuvEs" 6- JAUGFAGE PAR LA METHODE DU BATEAU MOBILE Nous nous plaçons dans un coutexte exclusivement hydrométrique, c'est à dire pour l'ensemble de ce cours: - sur la rive d'un bief hydrométrique dont il faut mesurer le débit ou effectuer le profil transversal, ou bien encore sur le bord d'un reservoir de barrage dont il faut réaliser la carte bathymétrique; - entouré d'une équipe de techniciens en hydrométrie, c'est à dire de personnes qui, sans être des spécialistes de la topographie ou de l'électronique, sont de bons professionnels expérimentés et connaisseurs des méthodes et des matériels conventionnels; - avec des objectifs réalistes quant à la précision attendue : nous insisterons davantage sur les méthodes simples mettant en oeuvre des matériels peu coûteux,·que sur des techniques trop sophistiquées, inutilisables dans le contexte de la gestion d'un réseau hydrométrique national ou régional. De nombreux exemples et illustrations utilisés dans ce document proviennent des rapports techniques sur les différents Cours sur le Jaugeage des Grands Fleuves organisés au BRESll.. entre 1985 et 1988 par le DNAEE (Département National des Eaux et de l'Energie Electrique, organisme responsable de la gestion du réseau hydrologique brésilien), avec le concours de l'QRSTOM. TI s'agit d'exemples et non de modèles à suivre sans aucune modification. Au contraire, nous pensons que l'hydrométrie des grands fleuves est un domaine où l'initiative personnelle est primordiale, la seule contrainte étant le respect des limites d'utilisation de chaque méthode. TECHNIQUES HYDROMEJ'RlQUES NON CONVENTlONNllLLES14 Chapitre 1 • MESURAGE DES DISTANCES HORIZONTALES Ce chapitre traite des méthodes et des matériels utilisés pour mesurer les distances horizontales afin de pouvoir répondre aux deux questions suivantes : .1· queUe est la largeur totale de la section transversale? 2· queUe est laposition exacte du bateau deJaugeage ou de tout autre objet Bottant fixe (bouée) ou mobUe? .------- Avant de répondre à ces questions, il faut en premier lieu choisir la section transversale de référence ............~ et la repérer. 11. DEFINmON DE LA SEenON TRANSVERSALE 111- Choix de la section de référence Dans le cas le plus simple, la section de référence est définie par un point origine situé sur une des de.ux rives et par une direction, qui est soit un repère sur l'autre rive, soit un azimut (direction angulaire connue). Ce cas est celui, par exemple, d'un levé topographique ou bathymétrique de repérage (prospection d'un site, profil transversal d'une retenue,...). Dans le cas d'une section de jaugeage, le problème est plus complexe. Outre les considérations habituelles sur le choix de la section (bief rectiligne, profil géométrique stable et de forme régulière), il est impératif que la transversale de mesurage soit perpendiculaire à la direction de l'écoulement (en admettant que celle-ci ne varie pas avec le marnage et qu'elle soit unique dans toute la largeur). . Cette contrainte n'est pas du tout facile à respecter dans les sections de grande largeur. n faut se méfier particulièrement de ce que l'on peut observer à l'oeil nu depuis la berge. En premier lieu, celle-ci est rarement parallèle à l'écoulement à proximité du point origine choisi sur une des rives; en second lieu l'écoulement près des bords est très souvent perturbé par le modelé du fond et des berges, sur des distances importantes, vers l'amont ou vers l'aval. Une méthode pour choisir une section, aussi perpendiculaire que possible à la direction de l'écoulement est, après avoir repéré le point origine par une balise, d'ancrer le bateau au milieu du fleuve en moyeJUles eaux et à l'aide d'un goniomètre (équerre d'arpenteur ou cercle hydrographique) de laisser dériver le bateau jusqu'à ce qu'un angle de 90" soit établi entre la direction de la balise et l'axe longitudinal du bateau, que l'on suppose stabilisé par la vitesse de l'eau (absence de vent). On fixe ensuite un repère sur la rive opposée, soit en utilisant la même méthode, soit avec un cercle hydrographique à 180". Cette méthode est assez laborieuse mais elle permet d'éviter de grossières erreurs. Elle peut être aussi utilisée pour une vérification, après l'installation "à vue" d'une balise provisoire sur la rive opposée. La perpendicularité de la section de jaugeage avec la direction de l'écoulement peut être uploads/Geographie/ cour-bathymetrie 1 .pdf